linux的实时化及其在测控系统中的应用

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1、重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要实时操作系统在实时测控系统中的重要性不言而喻。目前国内市场上常用的商业实时操作系统大多是国外的产品，这些产品通常价格高昂，我国迫切需要开发自己的实时操作系统。免费、开放源代码的操作系统Linux的出现，为我们改变这种被动的局面带来了契机。国外已经开发出一些实时Linux并在实际应用中取得了成功，在国内这方面的研究还处于起步阶段，将实时Linux应用于工业PC实时测控系统中的成功示例并不多见。在这种背景下，本文论述了作者对于Linux实时化的研究和实践工作，工作重点在于增强Linux的实时性以及实时测控系统的开发。本文首先对Linux的

2、内核时钟和调度机制进行了剖析，着重分析了Linux对于实时和非实时进程调度的算法和策略，进而总结了影响Linux实时性能的主要原因。然后介绍了Linux实时化的主要技术。对Linux的实时化改造通常通过底层编程实现，底层编程又分为对Linux的外部扩展和对内核的内部改造。分析比较了当今主流实时Linux操作系统的实现思想。着重研究了最适合应用在工业测控领域中的硬实时Linux系统的典型代表RTLinux的实现原理。RTLinux采用将系统定时器8254设置成单次触发（one-shot）的模式来提高系统时钟精度，同时又避免了频繁中断CPU带来的开销。本文对这种单次触发

3、模式下8254初值置入算法进行了研究。在此基础之上开发了一套基于RTLinux的实时测控系统。在以上研究的基础上，结合具体的工业PC系统，提出了一种新的Linux实时化方案。该方案对内核中影响系统实时性的部分进行了裁减，使系统运行更加快速、稳定；引入UTIME软件包，并对其进行了改进，将定时器8254设置为one-shot模式，既提高了系统时钟精度，又减轻了CPU额外负担；采用间隔定时器产生周期性软中断信号；将系统中进程的优先级设置为最高来解决进程抢占问题，减少了非实时任务对实时任务的影响；针对具体系统中任务构成，设计了简化的多任务调度器，该调度器简洁、执行效率高。

4、最后将该方案运用在一套工业测控系统中，通过实际运行证明，系统满足了实时性和稳定性的要求，验证了方案的可行性。关键词：Linux，实时化，工业PC，RTLinux，实时测控系统I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTItisself-evidentthattheimportanceofthereal-timeoperatingsystem(RTOS)inareal-timemeasurementandcontrolsystem.Atpresent,greatmajorityofcommonlyusedcommercialRTOSsindomesticmarket

5、sareforeignproductswithhighprice,sowehaveurgentneedtodeveloptheRTOSsofourselves.Thefreeandopen-sourceoperatingsystemLinuxbringsusanopportunitytochangethepassivesituation.Somekindsofreal-timeLinuxhavebeendevelopedandappliedinpracticalengineeringsuccessfullyabroad,butthestudiesinthisarea

6、inourcountryarejustingermandtheexamplesofanindustrialPC(IPC)measurementandcontrolsystemwhichhasareal-timeLinuxarefew.Underthisbackground,thisdissertationexpoundstheauthor’sstudiesandpracticeinenhancingthereal-timecapabilityofLinux,whichisfocusedonimprovingreal-timeperformanceanddevelop

7、ingreal-timemeasurementandcontrolsystem.First,thedissertationanalyzeskernelclockandschedulingmechanismofLinux,emphasizesonschedulealgorithmsandpolicicesofreal-timeandnormalprocesses,andthensummarizesfactorsthataffectitsreal-timeperformance.Then,introducesmaintechniquesinenhancingther